JP2555269B2 - 貫入試験装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、地盤の深度方向におけ
る硬さ（強さ）変化を調査するための動的貫入試験を行
う貫入試験装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術及びその問題点】地盤の標準貫入試験方法
は、ＪＩＳ規格により規定されている通り、コーンなど
の貫入先端を取付けたロッドを、重量６３．５キログラ
ム、落下高７５センチメートルのハンマー打撃により地
盤中に垂直に貫入させ、３０センチメートルの貫入に要
する打撃回数（Ｎ値）を測定し、このＮ値から地盤の硬
さ（強さ）を推定する方法であるが、この貫入試験を地
盤の単位深さごとに行うために、ボーリングロッドを回
転圧入するボーリングマシンと、当該ボーリングロッド
を軸方向に打撃する貫入試験用打撃手段とを組み合わせ
た装置が知られている。

【０００３】この種の貫入試験装置による貫入試験方法
では、先端にコアチューブなどを取付けたボーリングロ
ッドをボーリングマシンにより所定深度まで回転圧入し
た後、当該ボーリングロッドを一旦引き抜き、ボーリン
グロッド先端のコアチューブなどをレイモンドサンプラ
ーなどの貫入試験器に交換するとともに当該ボーリング
ロッドの上端に貫入試験用打撃手段のガイドロッドを接
続し、そして当該ボーリングロッドを再度掘削孔内に挿
入した後、ガイドロッドに遊嵌された打撃用重錘（モン
ケン）を当該ガイドロッドに設けられた打撃用ブロック
に一定高さから自由落下させ、先端の貫入試験器を掘削
孔底部に貫入させることになるが、Ｎ値を求めるために
は、ボーリングロッドに対する打撃回数と打撃によるボ
ーリングロッドの下降量とを検出する必要がある。

【０００４】貫入試験専用機では、例えば特開平４−３
２３５３６号公報に開示されるように、打撃回数を油圧
ハンマーに装着された振動センサーで自動的に計測し、
貫入量は、油圧ハンマーを昇降可能に支持するリーダー
に装着したスケール本体と昇降する油圧ハンマー側に装
着した検出器とから成る磁気的リニヤスケールなどによ
り自動的に計測するものが知られているが、前記のよう
にボーリングマシンと打撃手段とを組み合わせた構成の
貫入試験装置では、このような自動計測方法を採り入れ
ることができず、少なくともボーリングロッドの貫入量
はスケールを利用した目測での計測とならざるを得なか
った。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は上記のような従
来の問題点を解決するために成されたものであって、そ
の特徴を後述する実施例の参照符号を括弧付きで付して
示すと、ボーリングロッド(2) を軸方向に回転圧入する
ボーリングマシン(1) と、ボーリングロッド(2) を軸方
向に打撃する打撃手段(3) と、打撃手段(3) によるボー
リングロッド(2) の貫入量などを検出する検出手段(4)
とを備えた貫入試験装置であって、打撃手段(3) は、ボ
ーリングロッド(2) の上端に接続され且つ被打撃用ブロ
ック(11)を備えたガイドロッド(10)と、被打撃用ブロッ
ク(11)の上側でガイドロッド(10)に昇降可能に遊嵌する
打撃用重錘(12)とを有し、検出手段(4) は、ガイドロッ
ド(10)と一体に昇降するように当該ガイドロッド(10)に
軸方向と平行に内装されたセンサーロッド(23)と、磁石
(24)または検出器とを有し、磁石(24)または検出器は、
ボーリングマシン(1) の上端部にガイドロッド(10)に近
接するように支持され、センサーロッド(23)は、打撃手
段作動時において磁石(24)または検出器に対応する領域
を有し、磁石(24)または検出器とセンサーロッド(23)と
の軸方向相対移動量を検出する点に特徴を有する。

【０００６】検出手段(4) としては、センサーロッド(2
3)と磁石(24)とから成る磁歪式変位センサーを使用する
ことができ、この場合、センサーロッド(23)は、打撃手
段(3) のガイドロッド(10)の上端に支持されたセンサー
本体(22)からガイドロッド(10)内に延出し、磁石(24)
は、ボーリングマシン(1) の上端部にガイドロッド(10)
に近接するように支持することができる。また、センサ
ーロッド(23)は、打撃手段(3) の被打撃用ブロック(11)
より下側でガイドロッド(10)に内装支持されたセンサー
本体(22)から下方に延出させることもできる。

【０００７】打撃手段(3) のガイドロッド(10)は、打撃
手段作動時に検出手段(4) の磁石(24)または検出器に隣
接する下端領域部分のみが非磁性材製パイプ(14)から構
成することができる。さらに検出手段(4) には打撃回数
検出用センサーを有せしめることができるが、この打撃
回数検出用センサーは、打撃手段(3) の被打撃用ブロッ
ク(11)の側方に配設されて当該ブロック(11)に当接した
打撃用重錘(12)を検出する近接スイッチから構成するこ
とができる。

【０００８】

【実施例】以下、本発明の一実施例を添付の例示図に基
づいて説明すると、図１および図２において、１はボー
リングマシン、２は円筒状のボーリングロッド、３は打
撃手段、４は検出手段である。ボーリングマシン１は、
例えば実開昭５５−１１８０９５号公報などにより従来
周知のものであって、ボーリングロッド２が昇降および
回転可能に貫通する円筒状スピンドル５と、当該スピン
ドル５の上端に設けられたボーリングロッドクランプ用
チャック６と、スピンドル５を昇降駆動するシリンダユ
ニット７と、チャック６を開閉するシリンダユニット８
と、スピンドル５を回転駆動する回転駆動手段とを備え
たスイーベルヘッド９を有する。

【０００９】打撃手段３は、ボーリングロッド２の上端
に接続され且つボーリングロッド２と同一外径の円筒状
ガイドロッド１０と、このガイドロッド１０に取付けら
れた被打撃用ブロック１１と、この被打撃用ブロック１
１より上側でガイドロッド１０に昇降可能に遊嵌された
打撃用重錘（モンケン）１２とから構成されている。１
３は被打撃用ブロック１１を取付けるためにガイドロッ
ド１０の中間に介装されたコーン形カップリングであ
り、このコーン形カップリング１３から下端までのガイ
ドロッド下端領域は、ステンレスなどの非磁性材から成
るパイプ１４により構成されている。

【００１０】打撃用重錘１２は、当該重錘１２の上端開
放の空洞部１５に対し軸方向嵌脱自在の吊り上げ部材１
６を備え、この吊り上げ部材１６には、自動係合爪１７
が支軸１８により軸支されている。この自動係合爪１７
は、支軸１８より上方側にガイドロッド１０の周面に当
接する付勢用重錘部１９を備え、この重錘部１９の付勢
力により、重錘空洞部１５に嵌入したときに当該空洞部
１５内に形成されている被係合段部２０に自動係合す
る。一方、ガイドロッド１０には、打撃用重錘１２の吊
り上げ部材１６が所定高さまで吊り上げられたときに自
動係合爪１７の重錘部１９を外側に押し開く大径カム部
２１が設けられている。

【００１１】検出手段４は、センサー本体２２と、この
センサー本体２２から延出するセンサーロッド２３と、
磁石２４とから構成された磁歪式変位センサーと呼称さ
れるものであり、例えばサンテスト株式会社製の型番Ｇ
ＹＲＰ−２５００／ＧＹＴＬＣ−０５−Ａの磁歪式変位
センサー本体（センサー本体２２とセンサーロッド２
３）に磁石２４を組み合わせて構成することができる。
センサー本体２２( センサーロッド２３の上端）は、打
撃手段３におけるガイドロッド１０の上端にベアリング
２５を介して当該ガイドロッドの軸心の周りに相対回転
のみ可能に連結された吊り上げ部材２６に内装されてい
る。当該吊り上げ部材２６は、ベース２７ａと円筒状カ
バー２７ｂとから構成されている。センサーロッド２３
は、ガイドロッド１０より若干短い程度の長さを有する
もので、当該ガイドロッド１０の内部に同心状に挿入さ
れている。磁石２４はリング状の磁石保護部材２８に同
心状に内装されたリング状のものである。磁石保護部材
２８は、ボーリングマシン１におけるスイーベルヘッド
９の上端部材２９に取付けられた磁石支持部３０ａと、
当該磁石支持部３０ａの上側に取付けられたカバー部３
０ｂとから成り、この磁石保護部材２８の内側をガイド
ロッド１０が回転及び昇降可能に貫通している。そして
リング状の磁石２４は、当該ガイドロッド１０の周面に
近接している。

【００１２】以上のように構成された貫入試験装置の使
用方法を説明すると、下端にコアチューブなどの掘削用
先端部材を取付けたボーリングロッド２を従来周知の通
りボーリングマシン１のスイーベルヘッド９におけるス
ピンドル５に挿通し、チャック６の開閉動作、スピンド
ル５の昇降動作、及びスピンドル５の回転駆動とにより
ボーリングロッド２を地盤中に垂直に回転圧入させる。
この回転圧入されるボーリングロッド２により、貫入試
験を行う深さまで掘削孔が形成されたならば、ボーリン
グマシン１により一旦ボーリングロッド２を地上に引き
上げ、図１に示すように、当該ボーリングロッド２の先
端のコアチューブなどをレイモンドサンプラーなどの貫
入試験器３１に交換するとともに、ボーリングロッド２
の上端に打撃手段３のガイドロッド１０を接続し、当該
ボーリングロッド２を再び掘削孔３２内に挿入する。

【００１３】打撃手段３が接続されたボーリングロッド
２を掘削孔３２内に挿入するときは、打撃手段３の上端
（ガイドロッド１０の上端）にある吊り上げ部材２６に
吊り索３３が連結される。この吊り索３３は、三叉など
の支持手段３４によりボーリングロッド２の上方に支承
された滑車３５を介して図外のウインチに接続されてお
り、当該ウインチによる吊り索３３の繰り出しによりボ
ーリングロッド２が掘削孔３２内に落とし込まれる。ボ
ーリングロッド２はボーリングマシン１のスピンドル５
内を挿通しているが、チャック６は開放されていて、ボ
ーリングロッド２は自由に昇降し得る状態にある。なお
従来周知のように、吊り索３３は、ボーリングマシン１
による穿孔作業時におけるボーリングロッド２の継ぎ足
し作業や、ボーリングロッド２の地上への引き上げ作業
時にも使用されるものである。

【００１４】貫入試験器３１がセットされ且つ打撃手段
３が接続されたボーリングロッド２を掘削孔３２内にセ
ットしたとき、ボーリングマシン１上の磁石２４の横側
方位置にガイドロッド１０内のセンサーロッド２３の下
端領域が位置している。係る状態で吊り索３３をガイド
ロッド１０の上端から外し、図１に示すように打撃手段
３における打撃用重錘１２の吊り上げ部材１６に中継吊
り索３６を介して（または直接に）接続し、ウインチに
よる当該吊り索３３の巻き上げにより打撃用重錘１２の
吊り上げ部材１６を巻き上げて打撃用重錘１２を吊り上
げる。

【００１５】打撃用重錘１２が規定量Ｌだけ上昇したと
き、吊り上げ部材１６における自動係合爪１７の重錘部
１９がガイドロッド１０の大径カム部２１上に乗り上
げ、当該自動係合爪１７が打撃用重錘１２内の被係合段
部２０から外れ、打撃用重錘１２が重力で落下してガイ
ドロッド１０上の被打撃用ブロック１１を打撃する。こ
の打撃用重錘１２の打撃力は、被打撃用ブロック１１か
らガイドロッド１０を経由してボーリングロッド２に伝
達され、当該ボーリングロッド２（先端の貫入試験器３
１）が掘削孔３２の底部に垂直に貫入される。打撃用重
錘１２が落下したならば、吊り索３３を繰り出して吊り
上げ部材１６を下降させ、被打撃用ブロック１１上にあ
る打撃用重錘１２の空洞部１５内に貫入させて自動係合
爪１７を被係合段部２０に自動係合させる。これによ
り、次の打撃操作を行うことができる。

【００１６】上記打撃操作を繰り返し行うことによりボ
ーリングロッド２の先端貫入試験器３１を掘削孔３２の
底部に打撃貫入させるのであるが、この打撃操作により
下降するボーリングロッド２の下降量、即ちガイドロッ
ド１０の下降量は、ボーリングマシン１上の磁石２４に
対するセンサーロッド２３の移動量と等しく、当該移動
量がセンサーロッド２３を介して磁気的に計測され、セ
ンサー本体２２から信号線で接続された地上側の演算記
録装置に伝送される。また、打撃手段３によるボーリン
グロッド２の打撃回数は、例えば特開平４−３２３５３
６号において開示されているように、被打撃用ブロック
１１などに貼付した振動センサーにより検出することが
でき、このよにうして検出される打撃回数も地上側の演
算記録装置に伝送される。従って、演算記録装置では、
打撃開始からの積算移動量、即ちボーリングロッド２の
積算貫入量が規定値に達するまでの打撃回数（Ｎ値）を
自動的に演算させ、記録させることができる。この演算
記録装置における演算記録方法は、先に示した特開平４
−３２３５３６号において開示されている方法が利用で
きる。

【００１７】貫入試験を複数の深度において行うとき
は、１つの深度における貫入試験の終了後にボーリング
ロッド２を地上に引き上げ、先端の貫入試験器３１をコ
アチューブなどに交換するとともに打撃手段３をボーリ
ングロッド２から取り外し、当該ボーリングロッド２と
ボーリングマシン１により掘削孔３２の底部を次の貫入
試験深度まで掘削する。そして先に説明した要領で、ボ
ーリングロッド２を一旦地上に引き上げて貫入試験用に
準備し、再度掘削孔３２にセットして打撃手段３と検出
手段４とで貫入試験を行えば良い。

【００１８】上記実施例では、ボーリングマシン１の上
端に支持された磁石２４とガイドロッド１０内のロッド
状検出器、即ちセンサーロッド２３、とから成る検出手
段４を使用したが、例えば距離目盛りデータを磁気的に
記録したロッド状スケールをセンサーロッド２３として
使用し、磁石２４に代えてセンサーロッド２３の距離目
盛りデータを磁気的に読み取る検出器を使用するタイプ
のリニヤスケールなどの検出手段を利用することもでき
る。また、上記実施例の磁歪式変位センサータイプの検
出手段４を使用する場合、図３に示すようにガイドロッ
ド１０の被打撃用ブロック１１の直下部分にセンサー本
体２２を内装支持した筒状体３７を介装し、この筒状体
３７の下側に接続された非磁性材製パイプ１４内にセン
サー本体２２から垂下するセンサーロッド２３を挿入す
るように構成することができる。

【００１９】また、検出手段４に打撃回数検出用センサ
ーを組み込む場合、図３に示すように、打撃手段３の被
打撃用ブロック１１の側方に配設されて、当該ブロック
１１に当接した打撃用重錘１２を検出する近接スイッチ
３８から成る打撃回数検出用センサー３９を使用するこ
とができる。４０は近接スイッチ取付け用ブラケットで
あり、４１はセンサー本体２２から延出する信号線２２
ａや近接スイッチ３８から延出する信号線３８ａを、地
上側の演算記録装置からの信号入力線２２ｂ，３８ｂに
接続する接続具であって、筒状体３７の側部に取付けら
れている。

【００２０】

【発明の作用及び効果】以上のように本発明の貫入試験
装置によれば、ボーリングマシンとボーリングロッドと
で貫入試験を行う所定深度までの掘削孔を穿孔形成し、
この後、ボーリングロッドとその上端に連結された打撃
手段とによりボーリングロッドを軸方向に打撃して貫入
試験を行うことができるのであるが、この貫入試験時の
貫入量などの検出を、打撃手段における打撃用重錘の昇
降ガイドロッドに内装したセンサーロッドと、ボーリン
グマシンの上端に支持させた磁石または検出器とを有す
る検出手段により自動的に行わせることができる。しか
も、センサーロッドと磁石または検出器との水平方向の
相対位置関係は、打撃手段のガイドロッドが打撃操作時
に多少揺れ動いても変動することはなく、そしてセンサ
ーロッドがガイドロッドによって完全に保護されている
ので、貫入量などを精度良く検出させることができる。
勿論、打撃手段のガイドロッド脇にセンサーロッドを外
付け支持する支柱なども不要であり、安価に実施するこ
とができる。

【００２１】特に実施例にも示したように、検出手段と
して、センサーロッドと磁石とから成る磁歪式変位セン
サーを使用するとき、当該センサーロッドを、打撃手段
のガイドロッド上端に支持されたセンサー本体からガイ
ドロッド内に延出させることにより、ガイドロッド内に
センサー本体を内装支持させる場合と比較して、ガイド
ロッドの構造が簡単になる。勿論、センサーロッドを、
打撃手段の被打撃用ブロックより下側でガイドロッドに
内装支持させたセンサー本体から下方に延出して、セン
サーロッドの必要長さを大幅に短くし、以てコストダウ
ンを図ることもできる。

【００２２】さらに、打撃手段のガイドロッドが、打撃
手段作動時に検出手段の磁石または検出器に隣接する下
端領域部分のみが非磁性材製パイプから構成されたもの
であるときは、当該ガイドロッド内側のセンサーロッド
と外側の磁石または検出器とによる貫入量などの磁気的
計測を精度良く行え、しかもガイドロッド全体を非磁性
材製パイプから構成する場合と比較して経済的である。

【００２３】また、検出手段に打撃回数検出用センサー
を組み込むこともできるが、この場合、打撃手段の被打
撃用ブロックの側方に配設されて、当該ブロックに当接
した打撃用重錘を検出する近接スイッチから成る打撃回
数検出用センサーを使用することにより、被打撃用ブロ
ックに貼付した振動センサーなどを利用する場合と比較
して、誤動作のない正確な打撃回数検出を行わせること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 全体の正面図である。

【図２】 要部の一部縦断正面図である。

【図３】 別の実施例を示す要部の一部縦断正面図であ
る。

【符号の説明】

１ ボーリングマシン ２ ボーリングロッド ３ 打撃手段 ４ 検出手段 １０ ガイドロッド １１ 被打撃用ブロック １２ 打撃用重錘 １４ 非磁性材製パイプ １６ 打撃用重錘の吊り上げ部材 １７ 自動係合爪 １９ 重錘部 ２０ 被係合段部 ２１ 大径カム部 ２２ センサー本体 ２３ センサーロッド ２４ 磁石 ２５ ベアリング ２６ ガイドロッドの吊り上げ部材 ２８ 磁石保護部材 ２９ ボーリングマシンの上端部材（スイベルヘッド） ３１ 貫入試験器 ３２ 掘削孔 ３３ 吊り索 ３４ 三叉などの支持手段 ３６ 中継吊り索 ３７ センサー本体内装支持用筒状体 ３８ 近接スイッチ ３９ 打撃回数検出用センサー

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ボーリングロッド(2) を軸方向に回転圧入
   するボーリングマシン(1) と、ボーリングロッド(2) を
   軸方向に打撃する打撃手段(3) と、打撃手段(3) による
   ボーリングロッド(2) の貫入量などを検出する検出手段
   (4) とを備えた貫入試験装置であって、打撃手段(3)
   は、ボーリングロッド(2) の上端に接続され且つ被打撃
   用ブロック(11)を備えたガイドロッド(10)と、被打撃用
   ブロック(11)の上側でガイドロッド(10)に昇降可能に遊
   嵌する打撃用重錘(12)とを有し、 検出手段(4) は、ガイドロッド(10)と一体に昇降するよ
   うに当該ガイドロッド(10)に軸方向と平行に内装された
   センサーロッド(23)と、磁石(24)または検出器とを有
   し、磁石(24)または検出器は、ボーリングマシン(1) の
   上端部にガイドロッド(10)に近接するように支持され、
   センサーロッド(23)は、打撃手段作動時において磁石(2
   4)または検出器に対応する領域を有し、磁石(24)または
   検出器とセンサーロッド(23)との軸方向相対移動量を検
   出する貫入試験装置。
2. 【請求項２】検出手段(4) は、センサーロッド(23)と磁
   石(24)とから成る磁歪式変位センサーを有し、センサー
   ロッド(23)は、打撃手段(3) のガイドロッド(10)の上端
   に支持されたセンサー本体(22)からガイドロッド(10)内
   に延出し、磁石(24)は、ボーリングマシン(1) の上端部
   にガイドロッド(10)に近接するように支持されている請
   求項１に記載の貫入試験装置。
3. 【請求項３】検出手段(4) は、センサーロッド(23)と磁
   石(24)とから成る磁歪式変位センサーを有し、センサー
   ロッド(23)は、打撃手段(3) の被打撃用ブロック(11)よ
   り下側でガイドロッド(10)に内装支持されたセンサー本
   体(22)から下方に延出し、磁石(24)は、ボーリングマシ
   ン(1) の上端部にガイドロッド(10)に近接するように支
   持されている請求項１に記載の貫入試験装置。
4. 【請求項４】打撃手段(3) のガイドロッド(10)は、打撃
   手段作動時に検出手段(4) の磁石(24)または検出器に隣
   接する下端領域部分のみが非磁性材製パイプ(14)から構
   成されている請求項１〜３の何れかに記載の貫入試験装
   置。
5. 【請求項５】検出手段(4) は、打撃回数検出用センサー
   を有し、当該打撃回数検出用センサーは、打撃手段(3)
   の被打撃用ブロック(11)の側方に配設されて、当該ブロ
   ック(11)に当接した打撃用重錘(12)を検出する近接スイ
   ッチから成る請求項１〜４の何れかに記載の貫入試験装
   置。